铝及铝合金的钎焊08材控 邢钧魁 20080607131摘 要 本文主要论述了铝及铝合金的分类、性能，以及铝及铝合金钎焊的研究现状、钎焊过程中有可能出现的问题以及在具体实施钎焊时钎剂、钎料的选择与搭配，还介绍了施焊前如何对表面进行清理、准备以及焊后的清理与处理工作、注意事项等。

关键词 钎焊 铝合金 钎剂 钎料1 铝及铝合金1.1铝及铝合金钎焊的研究现状铝合金具有密度小、强度高和耐腐蚀等优点，因而广泛应用于汽车、高速铁路车辆、航空航天和军事工业。

由于它特有的物理、化学性能，其焊接过程中会遇到一系列困难，如氧化、焊缝热裂纹和气孔等。

对于铝合金的焊接，传统的方法主要以熔化焊接为主，设备复杂，且对焊工的技术要求也比较严格。

铝钎焊作为铝合金连接的重要方法，具有钎焊件变形小。

尺寸精度高等优点，近年来在我国得到广泛的应用。

铝及铝合金的钎焊技术近年来研究较多。

随着新材料、新方法的不断出现，铝及铝合金的钎焊工艺也得到了快速的发展，其钎焊方法、钎料及钎剂都有很大的进步。

1.2 铝及铝合金的分类及性能铝及铝合金可以分为工业纯铝、变形铝合金和铸造铝合金。

变形铝合金是指经不同的压力加工方法制成的板、带、管、型、条等半成品材料；铸造铝合金以合金铸锭供应。

变形铝合金又分为不能热处理强化的铝合金和能热处理强化的铝合金。

铝是一种轻金属，密度小，仅为3/7.2cm g ，约为铜或钢的3/1；具有优良的导电性、导热性，良好的耐蚀性以及优良的塑性和加工性能等。

铝合金仍保持纯铝的密度小和耐蚀性好的特点，且力学性能比纯铝高得多。

经热处理后铝合金的力学性能要求可以和钢铁材料相媲美。

1.3 铝及铝合金钎焊的问题铝及铝合金的钎焊与其他合金相比比较难，是由于其表面有一层极为致密的氧化膜，这一层氧化膜的性能非常稳定，能够充分抵抗大气的腐蚀，又能在旧摸上随时生成新膜。

铝及铝合金在焊接的时候需要破坏这一层膜，否则熔化的钎料不能与母材润湿；焊后又需要维持保护膜的完整，否则接头将产生严重的腐蚀。

铝能极缓慢地溶于中等浓度的硝酸，但在浓硝酸中是稳定的，硝酸的浓度越高越稳定。

运输发烟硝酸的槽罐是用纯铝做的。

铝的抗碱能力较弱，易溶于NaOH 、KOH 。

无缝药芯焊丝是铝铜钎焊连接的最新技术成果，是铝铜钎焊用料的升级换代产品。

其主要成分由锌铝铜和无腐蚀性氟铝铯盐组成，其钎焊工艺性、接头机械性能和接头导电性均优于锌镉、锌锡铜钎料。

2 铝及铝合金的钎焊方法铝及铝合金的钎焊可以采用火焰钎焊、盐浴钎焊和炉中钎焊等方法[1]。

火焰钎焊，其设备简单，燃气来源广，灵活性大，应用很广。

主要用于钎焊小型焊件和单件生产。

有多种火焰可以使用。

有报道，我国与其他国家合作生产了一种介于液化气与氧乙炔之间的夏普气。

这种气体火焰柔和，其强度介于液化气与氧乙炔的强度之间，是一种比较好的铝钎焊加热热源。

但与其它连接方法相比，铝及铝合金火焰钎焊加热温度难以掌握，而且对操作者的经验要求较高。

盐浴钎焊具有加热快而均匀、焊件不易变形、去膜充分的优点，因而焊件质量好、生产效率高。

特别适合于大批量生产，尤其适用于密集结构钎缝的焊接。

铝的盐浴钎焊一般使用膏状、箔状钎料或钎料包覆层，钎料包覆层是Al-Si共晶成分或Ai-Si亚共晶成分。

目前钎焊生产大多使用钎料包覆层，既能提高生产效率又能较好的保证钎焊质量。

其不足之处：首先．由于加热工件和去氧化膜都靠熔盐进行，对于结构复杂的工件，进盐和出盐都比较困难，这样就给结构设计和工艺带来限制，使其复杂化，而且不容易保证焊接质量。

其次，由于特定的使用环境和使用寿命要求，有些产品对耐蚀性要求比较高，而盐浴钎焊后工件内残留大量的钎剂，这样就需要很长的清洗时间。

另外，盐浴钎焊设备投资大，工艺复杂，生产周期长。

空气炉中钎焊，其设备投资小，钎焊工艺简单，操作方便。

但是这种方法加热慢，在空气中加热时工件表面容易氧化，尤其在温度高时更为显著，不利于钎剂的去膜，而且在加热过程中，钎剂会因空气中的水分而失效。

针对这种情况，现在发展了干燥空气炉中钎焊。

2 铝及铝合金钎焊的钎剂、钎料的选择与搭配钎焊时，焊件是依靠熔化的钎料凝固后连接起来的。

因此，焊缝的质量在很大程度上取决于钎料。

其中主要以Al-Si合金为主，有时加入Cu、Zn、Ge等元素以满足工艺性能的要求。

下面主要介绍几种常用的铝合金硬钎料[2]。

2.1 Al-Si系钎料Al-Si系钎料是以Al-Si共晶成分为基的钎料，同时也包括亚共晶、过共晶及添加元素不高于5﹪的Al-Si合金。

该系列钎料的钎焊性强度和母材色泽性、镀覆性及抗腐蚀性能都较好，是一种较好的钎料。

而且该系统钎料还能进行变质处理，可以大大增加钎料和钎缝的韧性及折弯性能。

现在利用快速凝固技术发展起来一种新型的Al-Si合金钎料，与普通晶态的钎料相比，这种钎料的液相点约比同成分普通晶态钎料的低3～5℃，润湿系数提高18﹪.强度提高28.4﹪，但其波动小，具有一定的加工柔性。

2.2 铜钎料铜在铝基体上的接触反应有明显的表面优先铺展，可以破除氧化膜，有利于接触反应钎焊过程中接头界面间均匀液相填充层的形成；另一方面接触反应在铝基体的深度方向的晶界优先渗透，可以保证钎焊接头的结合强度。

有资料表明，以Cu作为中间层材料进行铝接触反应钎焊的合适工艺参数为：钎料温度570～580℃，保温时间15～20min。

但是Cu焊接头的抗电化学腐蚀性能较差，且共晶反应层较脆，为了改善单独Cu作为钎料的性能，亦可在其中加入一些其他元素。

与铝合金接触反应钎焊的钎料金属有Ag、Ni、Si、Zn、Ti等。

2.3 铜、锌复合层作为反应钎料为了弥补Zn、Cu单独作为钎料带来的不足，可以采用两者的复合层。

采用Zn、Cu复合层进行接触共晶反应钎焊，Cu-Zn界面发生包晶反应，并形成共晶液相，破除铝表面的氧化膜。

Zn、Cu含量必须合适，有资料提出，当δ时，钎料结果比较理想。

此时，反应层不仅具有.0)12=δ,(<Cummmm(Zn11.0)破除氧化膜的作用，同时接头具有较强抗电化学腐蚀性能和较高的抗剪切强度。

2.4 Al-Si-Cu-Zn系钎料该系钎料液相点温度范围为500～577℃。

在Al-Si 钎料中加入Cu 后，钎料的流动性显著增强。

此三元共晶钎料由于2CuAl 金属间化合物含量很高，因而很脆，只适于铸成条使用，而难以加工成丝或箔。

在Al-Si 钎料中加入Zn 后,钎料的润湿性和流动性都加强。

随着Zn 的浓度增加，Si 的溶解度迅速下降。

由于此钎料中没有化合物生成，其热加工性能比Al-Si-Cu 系的好。

2.4 Al-Cu-Ag-Zn 系钎料该系钎料的液相点温度范围为400～500℃，接近于铝合金软钎料的范围。

Al-Cu-Ag 三元共晶成分使其色泽与Al 母材的很接近，钎焊的流动性比较好，但是比较脆。

另一三元系是Al-Cu-Zn ，这种钎料的色泽也比较接近母材的，且加工性能比较好。

在此钎料中添加0.05﹪～0.08﹪的Mg ，0.05﹪的Ni 或Cr ，能提高钎料的抗腐蚀性能。

较理想的铝用钎料还有很多。

总的来讲，现有铝及铝合金焊接工艺，大多数铝用钎料的熔点与铝合金的熔点比较接近。

2.5 铝用钎剂铝比较活泼，其表面容易生成一层致密且化学性质稳定的氧化物，它是铝及铝合金钎焊时的主要障碍之一。

为了得到高质量的接头，必须去掉表面的氧化物。

在铝及其合金钎焊时使用钎剂可清除铝表面的氧化膜，并降低钎料与母材之间的界面张力。

铝用钎剂分为软钎剂和硬钎剂，通常钎焊温度高于450℃所用钎剂为硬钎剂，低于450℃则为软钎剂。

下面对发展比较快的铝硬钎剂尤其是Nocolok 钎剂予以介绍。

传统铝用硬钎剂以氯盐钎剂为主，一般是以LiCl-KCl 或LiCl-KCl-NaCl 系统为基础。

这种钎剂具有活性高，加热时稳定、不易失效等优点。

而且可使用各种加热热源，方便、价格低廉。

在20世纪70年代后期迅速发展起来一种无腐蚀、不溶性钎剂。

该钎剂是利用KF AlF 3共晶合成，在水中的溶解度很小，它避开了氯化物钎剂易吸潮的缺点，而且它的腐蚀性也很小，因此被称为Nocolok 钎剂。

3 表面清理与准备焊前应将零件表面的油污及氧化膜清除干净，可采用在3％～5％的32CO Na 和2﹪～4﹪的601洗涤剂的水溶液中清洗，再用清水漂净。

清洗后应在6～8小时内使用，切忌用手摸或沾染污物。

4 焊接操作钎焊时可预先将钎剂、钎料放置于被焊处．与工件同时加热。

手工火焰钎焊时，首先将焊丝加热后蘸上钎剂．再加热工件到接近钎焊温度．然后手工送进蘸有钎剂的焊丝到被焊接处。

采取使用多孔焊嘴还原性火焰的外焰均匀加热，避免直接加热钎剂和钎料等措施。

防止母材氧化．使焊接工作得以顺利进行，获得高质量的焊缝。

5 焊后清理与处理无腐蚀性的铝钎剂焊后残渣难以清除，因对母材无腐蚀可不清理。

腐蚀性铝钎剂焊后残渣对母材有强腐蚀作用应及时清理，重要焊件清理后再用温度为60～80℃。

质量分数为2﹪的铬酐溶液作表面钝化处理。

几种焊后清理方法如下：可在50～60℃的水中浸泡后仔细刷洗。

复杂结构的工件可待钎料凝固后将焊件趁热投入水中骤冷，由水分子汽化的喷爆作用使残渣急冷开裂两脱落下来，残渣中可溶部分也同时发生溶解。

但投入水中时焊件温度不可太高，以避免焊件发生变形或裂纹。

浓度为30g／L的草酸、15g／L的氟化钠、30g／L的601洗涤剂的水溶液，保持温度为70～80℃浸渍。

体积分数为5﹪的磷酸，1﹪的铬酐水溶液温度为82℃浸渍。

热水浸泡后．再在体积分数为10％的硝酸和体积分数为0.25﹪氢氟酸中浸渍2～3min。

存放在阴凉干燥处，注意防潮。

6 加热方法●火焰钎焊通用性强，工艺过程较简单。

但加热温度难以控制，局部加热易产生应力。

火焰钎焊时，用汽油压缩空气为宜。

●浸渍钎焊，加热迅速均匀，钎焊温度易于控制。

生产效率高，分为盐浴钎焊和熔化钎料的浸渍钎焊。

预热时首先干燥，去除水分，使焊件温度接近钎焊温度，避免熔盐温度下降过多，预热温度为540～560℃。

钎焊时温度控制在正负3℃以内，钎焊温度根据材料的种类选择；时间为10分钟左右。

浸入时工件应该以一个小角度浸入熔盐，工件厚、质量大的部分先浸入。

大工件可采用多次浸方法；取出时要以微小倾角，缓慢平稳的调离熔盐。

●炉中钎焊，加热均匀，焊件不易变形，生产效率高。

●电阻钎焊，加热迅速，易于实现自动化，加热集中，对周围母材影响小。

但对钎焊接头的形状和尺寸要求严格，因此应用受到局限。

7 钎焊中应注意的事项7.1 安装钎料时需要注意以下几点：（1) 不要让熔态钎料在钎缝中做过远的流动，以免熔蚀母材和钎缝组织不均匀；（2) 如果钎料质量相对于母材来说过于细小，一定要将它放在一个稳当的地方，如沟、槽中，以免因热容量小，先熔而滚走。

如果母材各部件互相质量相差很大，钎料应当靠在大质量的部件上，使其受热时能和大质量部件的温度一致。